專利名稱：用于投影系統(tǒng)中的光管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于投影系統(tǒng)中的光管，特別是涉及一種中空的錐形光管。
隨著光學科技的不斷進步，投影裝置已廣泛地應用于各種場合。一般在設計投影裝置時，光線亮度通常是一個重要的考慮因素。概括的說，光線越強，投影的亮度越高，投影的效果也越好。
請參考

圖1。圖1為現(xiàn)有光管10應用于一投影系統(tǒng)12的示意圖。投影系統(tǒng)12包括有一光源裝置14，用來產(chǎn)生一光線11并將光線11導引至光管10內(nèi)，以及一成像裝置16，用來接收光管10所收集的光線投影至一屏幕13以形成一圖像畫面。光管10為一中空的長方體，設于光源裝置14與成像裝置16之間，用來收集并傳導光線11。光管10包括有一入光開口(entrancepupil)18，以及一出光開口(exit pupil)19。入光開口18用來接收光源裝置14所產(chǎn)生的光線11，進入入光開口18的光線11經(jīng)由出光開口19而被導引至成像裝置16。
請參考圖2。圖2為射入圖1入光開口18的光線位置(position)分布圖。圖2的橫軸坐標為圖1所示平面15上距入光開口18中心的距離，縱軸坐標為光線強度(intensity)。如圖2所示，越接近入光開口18中心的光線強度越強，越遠離入光開口18中心的光線強度越弱。而且，并不是所有的光線11都可以被光管10所收集，距離入光開口18中心較近的光線24會進入光管10，距離入光開口18中心較遠的光線25會溢漏于光管10之外。
請參考圖3。圖3為射入圖1入光開口18的光線入射角度(angular)分布圖。圖3的橫軸坐標為平面15上光線的入射角度，縱軸坐標為光線強度。如圖3所示，傳統(tǒng)燈泡光線的入射角集中在18～20度附近，又由于光管10為均勻的長方體，所以射出出光開口19的光線的射出角度也集中在18～20度。由于位于成像裝置16內(nèi)的光學元件，如液晶面板(LCD)、數(shù)字微鏡裝置(DMD)等，都有入射角度的限制，故射出出光開口19的光線的射出角度不可過大，通常超過30度的光線即無法為液晶面板所調(diào)變(modulate)。
請參考圖4。圖4為另一現(xiàn)有光管20應用于圖1投影系統(tǒng)12的示意圖。與光管10不同的是，光管20為一錐形體，且光管20的出光開口23大于入光開口23，其目的在于縮小光線的射出角度。
一般在設計光管10、20時，必須在不使光線射出角度過大的前提下，盡量使溢漏于光管10、20外的光線25減少，以達成提高集光效率，增強光線亮度的目的。然而，由于現(xiàn)有光管10、20的入光開口18、22等于或小于出光開口19、23，所以在不考慮增加光管10、20體積的情形下，溢漏于光管10、20外的光線25通常相當多。尤其，若使用電弧長度較長的電弧燈作為光源時，雖然如圖3所示的光線入射角度可較小，但同時如圖2所示的光線位置分布圖也會趨于平緩，導致溢漏于光管10、20之外的光線增加，集光效率更加不盡理想。
本發(fā)明的目的在于提出一種用于投影系統(tǒng)中的光管，其出光開口的形狀為等比例縮小入光開口的形狀，以增加集光效率，改善上述缺點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種用于投影系統(tǒng)的光管，該投影系統(tǒng)包括有一光源裝置，用來產(chǎn)生一光線并將該光線導引至該光管內(nèi)，以及一成像裝置，用來利用該光管所收集的光線以形成一圖像畫面，該光管設于該光源裝置與該成像裝置之間，且為一中空的錐形(taper-shape)管，該光管包括有四梯形平板，每一梯形平板包括有一上邊、一下邊以及兩側(cè)邊，該四梯形平板的側(cè)邊相互連接，并因此而形成該光管；一入光開口(entrance pupil)，位于該光管的一端且由該四梯形平板的四下邊所形成，該光源裝置產(chǎn)生的光線經(jīng)由該入光開口而被導引至該光管內(nèi)；以及一出光開口(exit pupil)，位于該光管的另一端且由該四梯形平板的四上邊所形成，該光管收集的光線經(jīng)由該出光開口而被導引至該成像裝置；其中該出光開口的面積小于該入光開口的面積，且該出光開口的形狀為等比例縮小該入光開口的形狀，以增加該光管的集光效率。
下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的實施例，其中圖1為現(xiàn)有光管應用于一投影系統(tǒng)的示意圖；圖2為射入圖1入光開口的光線位置分布圖；圖3為射入圖1入光開口的光線入射角度分布圖；圖4為另一現(xiàn)有光管應用于圖1投影系統(tǒng)的示意圖5為本發(fā)明光管應用于一投影系統(tǒng)的示意圖；圖6為圖5所示光管的外視圖；圖7為射入圖5入光開口的光線位置分布圖；圖8為射入圖5入光開口的光線入射角度分布圖；圖9為射出圖5光管的光線的射出角度分布圖；圖10為射出圖5光管的光線強度相對于開口比例的分布圖；圖11為圖5光管與圖1光管相比的集光效率改善示意圖。
請參考圖5。圖5為本發(fā)明的光管40應用于一投影系統(tǒng)42的示意圖。投影系統(tǒng)42包括有一光源裝置44，用來產(chǎn)生一光線46并將光線46導引至光管40內(nèi)，以及一成像裝置48，用來利用光管40所收集的光線46投影至一屏幕64以形成一圖像畫面。光管40設置于光源裝置44與成像裝置48之間，投影系統(tǒng)42可為一投影機或一液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)。
如圖5所示，光源裝置44包括有一電弧燈(arc lamp)54，用來產(chǎn)生光線46，以及一集光裝置(collector means)56，為一半橢圓形的燈罩，用來集中電弧燈54所產(chǎn)生的光線46，并將光線46導引至光管40內(nèi)。電弧燈54為一長電弧的超高壓汞燈(Ushio，150W，NSH150)，其電弧55的長度約為1.8mm。
成像裝置48包括有一顯示面板(display panel)58設置于一成像路徑61上，多個光學透鏡(optic lens)60A、60B、60C設于光管40與顯示面板58之間，用來將光管40所收集的光線46導引至顯示面板58上以形成圖像畫面，以及一投影透鏡(projection lens)62，設于顯示面板58以及屏幕64之間，用來將圖像畫面投影至屏幕64上。
請參考圖6。圖6為圖5所示光管40的外視圖。光管40為一中空的錐形(taper-shape)管，其由四梯形平板62所構(gòu)成。每一梯形平板62包括有一上邊62A、一下邊62B以及兩側(cè)邊62C，四梯形平板62的側(cè)邊62C相互連接，并因此而形成光管40。光管40另包括有四反射壁(reflector wall；coatmirror)49，分別設于四梯形平板62的內(nèi)側(cè)面，用來將光線46以反射的方式導引至成像裝置48。反射壁49可吸收光線46中的紅外線，并反射光線46中的可見光。
如圖5所示，光管40包括有一入光開口(entrance pupil)50，以及一出光開口(exit pupil)52。入光開口50為設于光管40一端的方形開口，其由四梯形平板62的四下邊62B所形成。出光開口52為設于光管40另一端的方形開口，其由四梯形平板62的四上邊62A所形成。光源裝置44產(chǎn)生的光線46經(jīng)由入光開口50而被導引至光管40內(nèi)，光管40所收集的光線46經(jīng)由出光開口52而被導引至成像裝置48。光管40出光開口52的面積小于入光開口50的面積，且出光開口52的形狀為等比例縮小入光開口50的形狀。入光開口50的大小與出光開口52的大小比值定義為一開口比例P。在本實施例中，光管40的長度為25mm，入光開口50的長寬比以及出光開口52的長寬比為4/3或16/9，光管40的開口比例P約為1.25～1.35。
請參考圖7。圖7為射入圖5入光開口50的光線位置分布圖。與圖2類似，圖7的橫軸坐標為平面51A上離入光開口50中心的距離，縱軸坐標為光線強度。如圖7所示，由于本發(fā)明光管40的入光開口50大于出光開口52，且出光開口52的形狀為等比例縮小入光開口50的形狀，故與圖2相比，雖然電弧燈54的光線位置分布較為平緩，本發(fā)明光管40可接收的光線66仍較多，而溢漏的光線67則較少，集光效率因而得以提高。
請參考圖8。圖8為射入圖5入光開口50的光線入射角度分布圖。與圖3類似，圖8的橫軸坐標為平面51A上光線的入射角度，縱軸坐標為光線強度。如圖8所示，由于本實施例所使用的光源為一長電弧的超高壓汞燈(Ushio，150W，NSH150)，故光線的入射角集中在10～14度。
請參考圖9。圖9為射出圖5光管40的光線射出角度分布圖。圖9的橫軸坐標為平面51B上光線的射出角度，縱軸坐標為光線強度。如圖9所示，光線的射出角集中在β。β雖大于14度，但距離30度仍遠，故仍可滿足顯示面板58入射角度的限制。
請參考圖10。圖10為射出圖5光管40的光線強度相對于開口比例P的分布圖。圖7顯示經(jīng)由光學模擬軟件模擬本發(fā)明光管40的結(jié)果，其橫軸坐標為開口比例P，即入光開口50大小與出光開口52大小的比值，縱軸坐標為射出光管40的有效光線的強度。開口比例P越大，光管40所能收集的光線越多，射出光管40的光線強度越強。然而，開口比例P也不能無限制的擴大，否則射出光管40的光線射出角度可能過大，而無法為顯示面板58所調(diào)變。如圖6所示，當開口比例P約為1.25～1.35時，射出光管40的有效光線強度最強，光管40可具有最佳的集光效率。
請參考圖11。圖11為圖5光管40相比較于圖1光管10的集光效率改善示意圖。圖11的橫軸坐標為開口比例P，縱軸坐標為射出光管40的光線強度相比較于射出光管10的光線強度的改善百分率，即集光效率改善百分率。如圖11所示，當開口比例P到達1.1時，即有顯著約4％的效率增加效果，而當開口比例P為1.25～1.35時，本發(fā)明光管40的光線強度更可比現(xiàn)有光管10多出6～7％，由此可知本發(fā)明光管40的集光效率要優(yōu)于現(xiàn)有光管10。
此外，上述實施例光管40以光管40的長度為25mm、電弧燈54的電弧長度為1.8mm為例，事實上，只要知道光源特性、集光裝置種類、光管長度、電弧長度等，即可依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)計算出最佳的開口比值P，以獲得最佳的集光效率。與現(xiàn)有的光管10、20相比，本發(fā)明光管40由四梯形平板62所構(gòu)成，其出光開口52的面積小于入光開口50的面積，且出光開口52的形狀為等比例縮小入光開口50的形狀，故可在有限的空間中，增加光管40集光效率。且由光學模擬軟件所得的最佳化設計結(jié)果可知，本發(fā)明光管40的射出光線的強度比現(xiàn)有的光管10高，即說明了本發(fā)明具有提高集光效率的功率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種用于投影系統(tǒng)的光管，該投影系統(tǒng)包括有一光源裝置，用來產(chǎn)生一光線并將該光線導引至該光管內(nèi)，以及一成像裝置，用來利用該光管所收集的光線以形成一圖像畫面，該光管設于該光源裝置與該成像裝置之間，且為一中空的錐形(taper-shape)管，該光管包括有四梯形平板，每一梯形平板包括有一上邊、一下邊以及兩側(cè)邊，該四梯形平板的側(cè)邊相互連接，并因此而形成該光管；一入光開口(entrance pupil)，位于該光管的一端且由該四梯形平板的四下邊所形成，該光源裝置產(chǎn)生的光線經(jīng)由該入光開口而被導引至該光管內(nèi)；以及一出光開口(exit pupil)，位于該光管的另一端且由該四梯形平板的四上邊所形成，該光管收集的光線經(jīng)由該出光開口而被導引至該成像裝置；其中該出光開口的面積小于該入光開口的面積，且該出光開口的形狀為等比例縮小該入光開口的形狀，以增加該光管的集光效率。
2.如權利要求1所述的光管，其中該入光開口的長寬比以及該出光開口的長寬比為4/3。
3.如權利要求1所述的光管，其中該入光開口的長寬比以及該出光開口的長寬比為16/9。
4.如權利要求1所述的光管，其另包括有四反射壁(reflector wall)分別設于該四梯形平板的內(nèi)側(cè)面，用來反射該光線中的可見光。
5.如權利要求1所述的光管，其中該投影系統(tǒng)的光源裝置包括有一電弧燈(arc lamp)，用來產(chǎn)生該光線；以及一集光裝置(collector means)，用來集中該電弧燈所產(chǎn)生的光線，并將該光線導引至該入光開口內(nèi)。
6.如權利要求5所述的光管，其中該電弧燈的電弧長度約為1.8mm。
7.如權利要求6所述的光管，其中該光管的長度約為25mm。
8.如權利要求7所述的光管，其中該入光開口的大小與該出光開口的大小比例為1.1～1.35，以使該光管的集光效率為最佳。
9.如權利要求1所述的光管，其中該投影系統(tǒng)的成像裝置包括有一顯示面板(display panel)，設置于一成像路徑上；多個光學透鏡(optic lens)，設于該光管與該顯示面板之間，用來將該光管所收集的光線導引至該顯示面板上，以形成該圖像畫面；以及一投影透鏡(projection lens)，設于該顯示面板以及一屏幕之間，用來將該圖像畫面投影至該屏幕上。
10.如權利要求1所述的光管，其中該投影系統(tǒng)為一投影機或一液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)。
全文摘要
一種用于投影系統(tǒng)的光管,包括光源裝置,用來將光導至光管內(nèi),及成像裝置,利用光管所收集的光線形成圖像畫面。光管設于光源裝置與成像裝置間,且為中空錐形管,其包括入、出光開口。入光開口為設于光管一端的方形開口,光線經(jīng)入光開口而引到光管內(nèi)。出光開口為設于光管另一端的方形開口,且出光開口的面積比入光開口的小,光線經(jīng)出光開口而被引到成像裝置。出光開口形狀為等比例縮小入光開口的形狀,以增加光管集光效率。
文檔編號H04N5/74GK1330279SQ0011846
公開日2002年1月9日 申請日期2000年6月30日 優(yōu)先權日2000年6月30日
發(fā)明者陳榮耀 申請人:明碁電腦股份有限公司